我国蒸养混凝土掺合料研究及应用开发概况★

连洵桓 蒋元海 陈 震 方 威 袁 涛 王文清 丁 忠

(1.嘉兴学院，浙江 嘉兴 314001； 2.舟山市毅正建筑工程检测有限公司，浙江 舟山 316000)

0 引言

近年来，随着我国建设行业的快速发展，我国采用蒸汽养护生产的混凝土制品的数量也在增大，其中常压蒸汽养护技术应用于混凝土排水管、混凝土电杆、混凝土输水管、混凝土井壁、混凝土轨枕、混凝土地下铁路管片、高强混凝土管桩中越来越常见。对于蒸汽养护技术，早在20世纪70年代我国就有70%以上的预制构件生产厂采用了此方案，而现如今使用蒸汽养护的方式进行养护则更为普遍[1]。

蒸养混凝土即在混凝土制作振捣完成后对混凝土进行蒸汽养护，具有早期水化速率快、早期强度高、节约时间、方便模具周转、降低能耗、节约成本、运输方便等优点。但它后期强度增长缓慢、抗渗透性能较差，往往给蒸养混凝土的耐久性带来许多影响。众所周知，掺合料能够较大的改善混凝土的性能。在这里我们将蒸养混凝土的掺合料掺加到蒸养混凝土中同样可以弥补蒸养混凝土的缺陷，使它达到理想的效果。

1 蒸养混凝土掺合料对抗压性能的影响

掺合料是指在混凝土搅拌前或在搅拌中，直接与混凝土其他组分在一起，掺入的人造或天然的矿物材料以及工业废料，掺量一般大于水泥质量的5%。随着它的加入可以调节混凝土的强度，同时也可以节约水泥用量等[2]。不同的掺合料以及相同掺合料不同用量对蒸养混凝土性能所产生的影响是不完全相同的。

研究指出：水胶比、矿物掺合料、蒸养参数等对蒸养混凝土的脱模强度都有相应的影响。且其中矿物掺合料和水胶比对蒸养混凝土的早期强度影响起着相当重要的作用。然而在许多的工程建筑中，后期强度往往决定着工程建设的质量。我们之所以特别关注蒸养混凝土的后期强度，正是根据蒸养混凝土的特性出发，其后期强度增长并不明显，往往比标准混凝土的后期强度还要低。

ZHIMIN H对此问题进行了探索性的研究，在研究掺加不同掺合料对蒸养混凝土后期强度的影响后得出结论：普通蒸养混凝土的后期强度增长的比标养混凝土慢，但是在蒸养混凝土中掺加了粉煤灰或粒化高炉矿渣后，蒸养混凝土的后期强度增长率有了很大的提高。从他们的研究中可以看出矿物掺合料运用在蒸养混凝土上的极大优势[3]。下面就不同蒸养混凝土掺合料对蒸养混凝土后期强度的影响做了简要的概述。

1.1 硅灰与石膏等复配对蒸养混凝土抗压性能的影响

我国对免蒸压管桩生产技术也有许多研究，其目的就是为了提高蒸养混凝土后期强度。他们的研究也取得了很大程度上的成果，一些管桩专用的减水剂，高强掺合料的发现使得蒸养混凝土的后期强度的提高成为可能。对此，桂志伟等人对硅灰与石膏等复配得到的一种新型高强掺合料进行了研究。实验得出：在掺入10%的新型高强掺合料，在最高温度70 ℃保持6 h的养护条件下，经过振动成型制备的混凝土，早前期强度和后期强度都能有很大程度的提高；离心成型与振动成型相比，离心成型提高的强度更高[4]。

1.2 纳米微珠与天然沸石超细粉复合对蒸养混凝土抗压性能的影响

冯乃谦等人对纳米微珠超细粉技术配制混凝土进行了研究。他们采用52.5级早强型水泥，将纳米微珠与天然沸石超细粉复合，加到蒸养混凝土中可以取代部分水泥，并使用复合高效减水剂，经过85 ℃，恒温4 h～5 h的蒸汽养护，可以配制出高性能混凝土，其强度可达100 MPa～110 MPa。将其应用于管桩中可以提高管桩的抗冲击韧性。打桩时，该新型管桩可以承受竖向3 500 kN的力，而不掺加纳米微珠与天然沸石超细粉管桩只有2 700 kN；同时可经受多次反复锤击[5]。

1.3 硬石膏粉对蒸养混凝土抗压性能的影响

我国硬石膏粉资源丰富，它作为新型矿物掺合料，将其掺入蒸养混凝土中有利于提升蒸养混凝土的工作性能、力学性能以及长期的耐久性能。对此，王浩等人对硬石膏应用于蒸养混凝土开展了相关的实验研究。研究表明：对掺不同矿物掺合料的混凝土，在常压蒸养情况下，掺入一定量的硬石膏粉，可较大提高混凝土的早期抗压强度，强度增长幅度在5%～20%之间，同时，硬石膏粉的掺入对后期强度的增长也有贡献[6]。

2 耐久性的研究

混凝土的耐久性一直以来都是衡量混凝土质量的重要指标。据调查，由于混凝土的各种腐蚀，美国每年都会损失2 500亿美元～3 500亿美元；瑞士每年用于桥面检测维修的费用也高达8 000万法郎，我国每年因混凝土造成的损失也同样如此[2]。所以，维持混凝土在长期环境介质中不被破坏，保持其正常使用性能是我们要达到的目的。这里主要从蒸养混凝土的抗冻性以及抗氯离子渗透性来对蒸养混凝土的耐久性进行研究。

2.1 抗冻性

在北方地区，预制构件所用的混凝土强度等级并不是很高，且多用蒸汽养护缩短生产周期，虽然这样可以节省时间，方便模具的周转，但是对混凝土中水化产物的形态与结构会产生不利影响。尤其是在北方的冬季，室外温差大，对混凝土耐久性的发展更是不利。

对此，一些相关的研究人员对在蒸养混凝土中掺入粉煤灰、硅灰后对其抗冻性能的影响做出了研究。当掺入的Ⅰ级粉煤灰的量在30%以内时，可以提高其抗冻性能，在经过30次冻融循环后，相对动弹模仍在95%以上[7]。

2.2 抗氯离子渗透性

生活中的许多建筑都是采用的蒸养混凝土构件，在承受各种恶劣环境因素的影响下，水对混凝土耐久性的影响尤为重要，对于钢筋混凝土来说，若其密实度不够，则水的渗透率越大，它破坏的速率也就越快。所以混凝土的抗渗性是评价混凝土耐久性的重要指标。

虽然蒸养时温度的升高使混凝土结构的形成变得更快，但同时对其结构造成了一定的损伤，由于在高温条件下，水泥的水化速率加快，而水化产物扩散速度不及水化速度，所以不能有效均匀的填充于水泥颗粒间隙，这就导致了水化产物分布不均匀，孔结构变得粗糙，孔隙率也变的相对较大。这种较高的养护温度对混凝土抗氯离子性能产生的不利影响也确实得到了研究人员的验证。

同时，不同掺合料的掺入对蒸养混凝土的抗渗性也有不一样的影响。当掺入适量的矿渣时能提高蒸养混凝土的抗渗性，降低蒸养温度热效应对混凝土产生的不良影响，且随着矿渣掺量的增加，这种蒸养的热效应得到进一步的弱化，这样水化产物有足够的时间均匀填充在水泥颗粒之间，混凝土的抗氯离子渗透性能也就得到了改善[8]。肖琳等人就粉煤灰—矿渣复合超细粉对蒸养混凝土的氯离子渗透性进行了研究，得出对于掺加超细粉煤灰来说，当其比例在3∶7时，可起到较好的填充效果，与纯水泥颗粒相比，水泥与超细粉煤灰混合后密实程度大大提高[9]。刘伟等人就粉煤灰对蒸养混凝土抗氯离子渗透性能做出了研究，经过试验得出：粉煤灰等量代替部分水泥后，能够显著提高蒸养混凝土的抗氯离子渗透能力。当粉煤灰等量取代水泥的10%～30%时，不管是蒸养混凝土还是标养混凝土，他们的氯离子扩散电量比空白对照组降低了40%～70%。而当粉煤灰的掺量在30%时，蒸养混凝土的抗氯离子渗透效果最佳。同时，水胶比也是影响蒸养混凝土抗氯离子渗透性能的一个重要原因。在粉煤灰与硅灰双掺的情况下，当水胶比降低时，蒸养混凝土与标准养护混凝土的6 h库仑电量出现降低[10]。当然，蒸养参数对蒸养混凝土的抗氯离子渗透也有较大的影响。彭波等人研究得出:静养时间、升温速度、恒温时间对蒸养混凝土的抗氯离子渗透都有一定程度的影响[11]。

3 结语

近年来，随着我国经济的飞速发展，对基础设施建设的投资也在不断加大，我国对蒸养混凝土的需求越来越多，要求也越来越高，其发展前景非常广阔。然而它也有许多不足之处，后期强度低、钙矾石的延期出现以及抗渗性差等一系列的问题给我们带来了许多困扰。在生产过程中，我们不难发现矿物掺合料一直以来都是改善蒸养混凝土性能的重要因素之一。不同的掺合料对蒸养混凝土的性能有着不同的影响，同时，一些蒸养混凝土掺合料随着其掺量的增加，还会对混凝土结构的耐久性能产生不良影响。因此，对于蒸养混凝土掺合料的研究还有待深入。